Мартенситное превращение

Мартенситное превращение протекает при большой степени переохлаждения с равновесной температурой γ→α перехода. При таких температурах отсутствует диффузионная подвижность как металлических атомов (Fe) и легирующих элементов, так и неметаллических элементов (C, N). Протекающее бездиффузионным путем мартенситное превращение присутствует во всех сплавах на осн7ове железа, где полиморфное превращение железа не подавляется легированием. В результате превращения образуется структура манртенсита. Мартенсит может быть как пересыщенным твердым раствором в α-железе C или N, либо легирующих элементов в безуглеродистых сталях и сплавах. Характер мартенситного превращения и морфология мартенсита зависят от положения точки М_н, которая в свою очередь зависит от состава соответствующего сплава. Углеродистые стали и большинство легированных имеют точку М_н выше комнатной температуры. В таких сталях мартенситное превращение носит атермический характер (при постоянном охлаждении в интервале М_н - М_к).

Для железо-никелевых сталей и сплавов т. М_н находится ниже комнатной температуры. Для таких сплавов характерно взрывное мартенситное превращение (происходит почти сразу при температуре М_н).

Аустенитные сплавы, базовой основой которых являются Fe-Cr-Ni, Fe-Cr-Ni-Mn, Fe-Ni-Mn, имеют точку M_н значительно ниже комнатной температуры. Для них характерно изотермическое мартенситное превращение. При атермическолм превращении наблюдается явление стабилизации переохлажденного аустенита, т.е. при остановке охлаждения в мартенситном интервале дальнейшее охлаждение приведет к образованию меньшего количества мартенсита и большого количества остаточного аустенита. При этом для продолжения мартенситного превращения понадобится некоторое переохлаждение после температуры остановки.

Явление стабилизации аустенита в легированных сталях может проявиться при замедлении охлаждения с темпера туры закалки.Это характерно для сталей мартенситного класса. Стали мартенситного класса – стали, которые после нормализации имеют мартенситную структуру.

В легированных сталях стабилизация аустенита происходит при малых скоростях охлаждения, большей критической скорости. Положение точки М_н влияет на морфологию мартенсита. В сталях и сплавах с низким значением т. М_н, например, в высокоуглеродистых или с повышенным содержанием Mn, Ni образуется игольчатый мартенсит (пластинчатый, двойникованый). Игольчатый мартенсит образуется при содержании C>0,6%, N>0,7%, Ni>29%. Соответственно в сталях, где этих элементов меньше образуется массивный или реечный, или пакетный мартенсит. В сплавах с большим содержанием Ni и Mn мартенситное превращение может протекать промежуточным образованием гексагонального мартенсита или ε-мартенсита. Это возможно в тех случаях, когда в сплаве имеются дефекты упаковки с малой энергией. Именно они и являются зародышами ε-мартенсита, который в дальнейшем может перейти в α- мартенсит.

На мартенситное превращение оказывают влияние внешние нагрузки. При деформации исходной фазы аустенита мартенситное превращение может начаться выше точки М_н. Мартенcитное превращение в дангном случае идет на 60%.

Верхней границей является температура М_Д, которая лежит ниже температуры метастабильного превращения М₀. Выше точки М₀ никакая пластическая деформация не вызовет мартенситного превращения. Мартенситное превращение может протекать выше точки М_н как под действием упругих напряжений, так и пластических. Под действием упругих напряжений активизируются те же самые центры зарождения мартенсита, что пи действовали и при Т<М_н. Т.е. упругая деформация просто активизирует мартенситное превращение, позволяя ему начаться при более высоких температурах. Мартенсит, получающийся в этом случае, называется мартенсит напряжения. Чем выше температура деформирования, тем больше должна быть упругая деформация. Когда деформация достигает предела текучести, начинается пластическое деформирование. При этом возникает сложная дефектная кристаллическая структура аустенита и появляются новые центры зарождения мартенсита. По мере приближения к точке М_Д степень деформации должна увеличиваться. Мартенсит, полученный при пластической деформации аустенита, называется мартенситом деформации.

В большинстве сталей мартенситное превращение протекает через γ→α превращение (через тетрагональный мартенсит). В сталях, легированных Mn, Mn+Ni, Cr+Mn, Cr+Ni, Cr+Mn+Ni, превращение протекает через промежуточное образование ε-мартенсита (γ→ε→α). Такое деформационное мартенситное превращение широко используется в износостойкой стали 110Г13.

В кавитационностойких сталях, а также в ПНП сталях (трип стали), даже если пластическая деформация не вызывает мартенситного превращения, она оказывает на него влияние. Небольшая пластическая деформация аустенита перед мартенситным превращением (до 8-9 %) повышает точку М_н, ускоряет мартенситное превращение. Более высокие степени деформации (до 20 %) создают сложную дислокационную структуру в аустените, стабилизируют границы и субграницы зерен, тем самым снижая точку М_н и затрудняя мартенситное превращение.

Все легирующие элементы в той или иной степени оказывают влияние на точку М_н. Особенно сильно это влияние проявляется в присутствии С, который сам сильно влияет на эту точку. В аустените с содержанием 1 % С каждый 1 % Mn снижает т. М_н на 45°, Cr - 30°, Ni - 25°, V - 32°, Mo - 28°, Cu - 7°. Al и Co повышают точку М_н соответственно на 12 и на 18°. Снижение точки М_н приводит к снижению интервала М_н - М_к и к большему количеству остаточного аустенита. Кроме того, легирующие элементы способствуют большей устойчивости остаточного аустенита. Si – единственный элемент, который не влияет на точки М_н и М_к.